【正文】 夏季，由于空氣濕度較大 ，需要降低濕度 。由于定露法不能反映室內(nèi)余濕量或相對(duì)濕度的變化，存在著室內(nèi)濕度的偏差，故此種方法一般用于室內(nèi)余濕量變化幅度較小的場(chǎng)合。 定露點(diǎn)法是采用使空氣經(jīng)噴水室后或噴水表面冷卻器后露點(diǎn)相對(duì)恒定的方法，使空調(diào)房間內(nèi)空氣的相對(duì)濕度保持在一定范圍內(nèi)。另外如果工業(yè)區(qū)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也可以將熱水加熱作為備用加熱方式。由于當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)可以提供的蒸汽是一種廉價(jià)、穩(wěn)定的熱源，一般將其作為主調(diào)節(jié)手段。 9表 空調(diào)加熱方式比較 加熱方式 熱源 特性 經(jīng)濟(jì)性 熱水加熱 由熱泵機(jī)組提供 時(shí)滯長(zhǎng)，反應(yīng)較慢，控制復(fù)雜 價(jià)格中 蒸汽加熱 由當(dāng)?shù)毓I(yè)區(qū)提供 熱源溫度、流量 較 穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)特性中 價(jià)格低 電加熱 通過(guò)電熱器提供 控制精度高，控制簡(jiǎn)單 價(jià)格高 從上 表可看出，電加熱具有控制精度高、控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但其熱效率低、浪費(fèi)能源、價(jià)格高，作為主調(diào) 節(jié) 不合適，一般用于恒溫室等對(duì)動(dòng)態(tài)特性要求特別高的區(qū)域的輔助調(diào)節(jié)手段。 對(duì)于空氣冷卻調(diào) 節(jié)一般有以下幾種方式 ： (1)水 量 的 量 調(diào)節(jié) :利用雙通閥改變通過(guò)冷卻器的冷水量來(lái)調(diào)節(jié) (2)水溫的質(zhì)調(diào)節(jié) :利用三通閥改變冷凍水 和回水的混合比調(diào)節(jié)水溫 (3)調(diào) 節(jié) 通過(guò)冷卻器的風(fēng)量來(lái)調(diào)節(jié)最后混合后的送風(fēng)溫度 加熱方式選擇： 加熱一般有熱水加熱、蒸汽加熱、電加熱三種方式可以選擇。 由于噴水室冷卻方式為開環(huán)系統(tǒng)會(huì)引起回水水質(zhì)下降且容易漏水，故目前基本不采用。 空氣溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 1．一 般空氣的溫度調(diào)節(jié)有以下 幾 種方式 (1)夏季制冷 （ 2)冬季加熱 調(diào)節(jié) 各種溫度控制方式都有其特點(diǎn)，針對(duì)不同項(xiàng) 目 實(shí)際情況，要分析后采用合適的溫度控制方案。 8 中 央空調(diào)系統(tǒng)的控制功能和要求 空調(diào)系統(tǒng)控制的主要對(duì)象是 :空氣溫度及相對(duì)濕度。也可將送風(fēng)溫度固定，而改變送風(fēng)量，這種空調(diào)系統(tǒng)則稱為變風(fēng)量 VAV（ Variable Air Volume)系統(tǒng)。部分回風(fēng)與新風(fēng)混合，對(duì)新風(fēng)預(yù)處理，以節(jié)約能源。而在夏季減溫減濕工況下，加熱器和加濕器是不工作的。在不同的工況中， AHU ( Air Handling Unit)的部分部件可能不被使用。圖 。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用一 部分回風(fēng)與新鮮空氣相 混合。此外還具有節(jié)能、衛(wèi)生、噪音小、使用方便等特點(diǎn)，目前已被 廣泛 采用。 空氣調(diào) 節(jié) 的形式很多，按照空氣處理設(shè)備的設(shè)置情況，一般可分為 :集中式空調(diào)系統(tǒng)(又稱中央空調(diào) )、半集中式空調(diào)系統(tǒng)和全分散式空調(diào)系統(tǒng)。自 7然熱源指地?zé)岷吞?yáng)能。 自然冷源指深井水。 (5)冷熱源部分 :為了保證空調(diào)系統(tǒng)具有加熱和冷卻能力，必須具備冷源和熱源兩部分。 (4)空氣輸送和分配部分 :將調(diào)節(jié)好的空氣均勻地輸入和分配到空調(diào)房間內(nèi)，以保證其合適的溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)。 表面式 :與空氣進(jìn)行熱濕交換的介質(zhì)不和空氣直接接觸，熱濕交換是通過(guò)處理設(shè)備的表面進(jìn)行的。 直接接觸式 :與空氣進(jìn)行熱濕交換的介質(zhì)直接和被處理的空氣接觸，通常是將其噴淋到被處理的空氣中。 (3)空氣的熱濕處理部分 :將空氣加熱、冷卻、加濕和減濕等不同的處理過(guò)程組合在一起統(tǒng)稱為空調(diào)系統(tǒng)的熱濕處理部分。一般空調(diào)系統(tǒng)都裝有預(yù)過(guò)濾器和主過(guò)濾器兩級(jí)過(guò)濾裝置。進(jìn)風(fēng)口連同引入通道和阻止外來(lái)異物的結(jié)構(gòu)等，組成了進(jìn)風(fēng)部分。就需要采取相應(yīng)的空氣調(diào)節(jié)措施和方法，使其恢復(fù)到規(guī)定的要求。一是外部原因，如太陽(yáng)輻射和外界氣候條件的變化 ； 另一方面是內(nèi)部原因，如室內(nèi)人和設(shè)備產(chǎn)生的熱、濕和其它有害物質(zhì)。 空氣調(diào)節(jié) ， 就是把經(jīng)過(guò)一定處理之后的空氣，以一定方式送入室內(nèi)，將室內(nèi)空氣的溫濕度、流動(dòng)速度和潔凈度等控制 在一定范圍內(nèi)。只有掌握了其原理、特性、要達(dá)到的目的及實(shí)現(xiàn)手段才能決定采用何種控制策略。在分析了控制系統(tǒng)性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行 PID參數(shù)整定并 仿真研究，包括系統(tǒng)的抗干擾性和魯棒性。利 用 機(jī)理法建立了空調(diào)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型并給出了根據(jù)空調(diào)房間的二維尺寸對(duì)其特性參數(shù)進(jìn)行了估算的方法。從空調(diào)的溫、濕度控制兩個(gè)方面分析了集中式空調(diào)的基本原理及控制要求，同時(shí)給出了空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。分析空調(diào)系統(tǒng)研究背景、從空調(diào)系統(tǒng)建模和控制方案兩個(gè)方面分析了國(guó)內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀，提出了本論文研究的主要內(nèi)容及意義。 5 本文的組織 本文從空調(diào)系統(tǒng)的控制原理出發(fā)，在分析了空調(diào)房間 的數(shù)學(xué)模型后，對(duì)單 回 路 PID控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，并對(duì)其進(jìn)行了仿真研究。通過(guò)對(duì)所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，將調(diào)節(jié)器的參數(shù)特性與被控對(duì)象的參數(shù)特性相匹配，以達(dá)到最佳整定，對(duì)實(shí)際的工程實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。 本 課題研究的意義 本論文通過(guò)學(xué)習(xí)熱力學(xué)知識(shí)，利用機(jī)理法建立空調(diào)房間的數(shù)學(xué)模型，并對(duì)空調(diào)房間的特性參數(shù) 進(jìn)行了估算，有利于空調(diào)系統(tǒng)控制參數(shù)的整定。 （ 3） 利用單回路閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空調(diào)房間的溫度控制，利用工程整定法整定 PID控制器參數(shù)，使系統(tǒng)取得良好的控制效果，利用仿真軟件仿真控制效果。同時(shí)建立了表冷器和系統(tǒng)其他環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型。 本論文做的主要工作 本論文以空調(diào)系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要做了以下工作： （ 1） 深入學(xué)習(xí)集中式空調(diào)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，掌握各種空調(diào)系統(tǒng)原理和空調(diào)的控制要求及性能指標(biāo)，同時(shí)討論了空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件的設(shè)計(jì)方法。但其預(yù)測(cè)結(jié)果精度還不太理想，所以還有待改進(jìn)。同時(shí)很多文獻(xiàn)也給出了廣義預(yù)測(cè)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)智能控制在空調(diào)中的應(yīng)用研究成果也有很多。 1999 年 Kasahara 等設(shè)計(jì)了自適應(yīng) PID 控制器，此控制器可以應(yīng)用于被控模型不太精確的場(chǎng) 所。香港的 等人于 1994 年開發(fā)出空調(diào)機(jī)組的熱舒適性模糊邏輯控制器。由于空調(diào)系統(tǒng)是一個(gè)大 滯后、多干擾、大慣性的系統(tǒng)，獲取它的精確模型很困難，所以智能控制器成為中央空調(diào)系統(tǒng)中研究的熱點(diǎn)。再加上空調(diào)系統(tǒng)的高度非線性以及溫濕度之間的強(qiáng)耦合關(guān)系，研究者們又轉(zhuǎn)向其他高級(jí)控制方法，如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、模糊控制及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制。當(dāng)一個(gè)已經(jīng)調(diào)好參數(shù)的PID 控制器被應(yīng)用于另外一個(gè)具有不同模型參數(shù)的系統(tǒng)時(shí)。實(shí)際上，現(xiàn)在大多數(shù)空調(diào)系統(tǒng)都是采用 PID 控制。 1984 年 Brandt 和 Shavit 對(duì) PID 控制的廢棄溫度控制系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)做了仿真研究。 作為控制系統(tǒng)中的主要單元控制器，目前國(guó)內(nèi)外主要采用的是常規(guī) PID 控制，因其控制簡(jiǎn)單、實(shí)用、成本低、技術(shù)成熟、易于實(shí)現(xiàn)、參數(shù)調(diào)整方便，并且具有一定的魯棒性系統(tǒng)的健壯性，在空氣調(diào)節(jié)中的應(yīng)用 比較廣泛。 直到 1984 年 ， 美國(guó)哈特福德市第一幢采用微型計(jì)算機(jī)集散式控制系統(tǒng)大廈的出現(xiàn)，標(biāo)志著智能建筑時(shí)代的開始。 李紹勇 則針對(duì)廣義預(yù)測(cè)控制，推導(dǎo)了空調(diào)房間的 CARIMA 模型（受控的自回歸積分滑動(dòng)平均模型）。隨著控制系統(tǒng)的發(fā)展，人們開始關(guān)注基于現(xiàn)代智能控制理論的各環(huán)節(jié)模型， 北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院的劉元威在 2021 年利用三層前饋人工神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合傳統(tǒng)的表冷器模型， 建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的表冷器模型。香港理工大學(xué)王盛衛(wèi)等在 1999年通過(guò)分析空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的熱力學(xué)特性，用 RC 模型代替空調(diào)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的模型，此模型便于實(shí)驗(yàn)分析。 由于國(guó)內(nèi)外建筑風(fēng)格、空氣參數(shù)、空氣質(zhì)量及室內(nèi)空氣控制的指標(biāo)要求不同，所以國(guó)外 對(duì)空調(diào)系統(tǒng)建立的數(shù)學(xué)模型不完全適合我國(guó)的空調(diào)系統(tǒng)，但是他們建模的一些方法及思想對(duì)我們研究空調(diào)系統(tǒng)很有價(jià)值。 Len R. Glicksman 在 1997 年給出了家用空調(diào)房間的模型，房間送風(fēng)采用典型的側(cè)面送風(fēng)，并且用隨機(jī)信號(hào)模擬房間內(nèi)人員變化情況對(duì)控制系統(tǒng)的干擾，這一點(diǎn)對(duì)我們研究空調(diào)控制系統(tǒng)很有啟發(fā)。 1900 年 Underwood 和 Crawford 合作，依據(jù)非線 性控制理論的發(fā)展，在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了水加熱器的數(shù)學(xué)模型 ，該模型是以熱水加熱器中熱水的流速為輸入量，以加熱器出口處空氣的溫度為輸出量的 。由于當(dāng)時(shí)此項(xiàng)工作剛處于起步階段，他建立的數(shù)學(xué)模型是在非常理想的條件下推導(dǎo)的，而且最后建立的送風(fēng)管道的數(shù)學(xué)模型就是一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)，這一結(jié)論對(duì)我們現(xiàn)在的工作仍有一定的指導(dǎo)意義。所以近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的學(xué)者也都熱衷于建立空調(diào)系統(tǒng)的模型。建立一個(gè)滿足需要的系統(tǒng)模型，沒(méi)有普遍的方法可循，因?yàn)椴煌倪^(guò)程或系統(tǒng)都 有各自的特點(diǎn)。因此，建立有效且可靠的系統(tǒng)模型是我們研究空調(diào)系統(tǒng)的首要任務(wù)。 空調(diào)系統(tǒng)建模方面的國(guó)內(nèi)外 研究狀況及發(fā)展 要研究一個(gè)系統(tǒng)，必須知道這個(gè)系統(tǒng)的模型?，F(xiàn)場(chǎng)總線中的 Lonworks 總線技術(shù)為智能控制的實(shí)施提供了廣泛的發(fā)展空間，促使智能控制向著分散化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，并且智能控制由于不依賴于系統(tǒng)的精確模型，而且具有超調(diào)小、調(diào)節(jié)迅速、上升時(shí)間短和很好的魯棒性的特點(diǎn)，使得智能 PID 控制應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。 同時(shí)，信息技術(shù)的飛速發(fā)展，引起了自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變革，逐步形成了以網(wǎng)絡(luò)自動(dòng) 化系統(tǒng)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)。一方面，在空調(diào)系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)空氣的凈化和處理，使其溫度、濕度、流動(dòng)速度、新鮮度 及潔凈度等指標(biāo)均符合場(chǎng)所的使用要求，以滿足人們的生產(chǎn)、生活需要；另一方面，據(jù)統(tǒng)計(jì)，空調(diào)系統(tǒng)的能耗通常占樓宇能耗的 60%以上，為使空調(diào)系統(tǒng)以最小的能耗達(dá)到最佳的運(yùn)行效果，即滿足國(guó)際上最新的“能量效率”的要求，因此，研究空調(diào)的控制系統(tǒng)具有很大的經(jīng)濟(jì)意義。所謂智能建筑，就是給傳統(tǒng)建筑加上“靈敏”的神經(jīng)系統(tǒng)和“聰明”的頭腦，以提高人們生產(chǎn)、生活環(huán)境，給人們帶來(lái)多元化信息和安全、舒適、便利的生活條件。 K) nq ：室內(nèi)散熱量， KJ/h c1：凈化室的熱容（包括室內(nèi)空氣的蓄熱和設(shè)備與圍護(hù)結(jié)構(gòu)表層的蓄熱）， KJ/(Kg文中特別說(shuō)明所賦符號(hào)意義僅限于說(shuō)明處有效。若文中沒(méi)有特別說(shuō)明。 關(guān)鍵詞 ： 空調(diào)系統(tǒng)，數(shù)學(xué)模型， 常規(guī) PID 控制，仿真 THE DESIGN OF CONTROL SYSTEM FOR CENTRAL IIAIRCONDITIONING Abstract： Along with living standards improving, more and more intelligent buildings came to truth, and has bee the mainstream of 21st century development of the construction industry. As an important part of intelligent buildin